CN116169743A - 一种电动航空飞机电池管理控制系统及控制方法 - Google Patents

一种电动航空飞机电池管理控制系统及控制方法 Download PDF

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陈素素
胡宁
林栎阳
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Abstract

本发明公开了一种电动航空飞机电池管理控制系统及控制方法，电池管理控制系统包括机上电池管理模块和地下电池管理模块；机上电池管理模块包括工作电流传感器、工作电压传感器、工作温度传感器、能源回收监控模块和电池电量监控模块；地下电池管理模块包括充电电流传感器、充电电压传感器、充电温度传感器、充电电量监控模块；上电池管理模块和地下电池管理模块均与飞机电池管理控制器电连接。控制方法包括步骤S1‑S10。本发明能最准确的获取电池的故障信息，既能实现并行地进行分析与优化，又具有较好的全局评估性能，提高了整个评估过程的可靠性。

Description

一种电动航空飞机电池管理控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及航空飞行管理技术领域，具体涉及一种电动航空飞机电池管理控制系统及控制方法。
背景技术
电动航空飞机(Electric aircraft)是指依靠电动机而不是内燃机驱动的飞机，电力来源包括燃料电池、太阳能电池、超级电容器、无线能量传输或其他种类的电池等。已经研制成功的可载人电动飞机主要包括太阳能飞机、蓄电池电动飞机和燃料电池飞机等类型。
电动航空飞机的电池是执行飞行过程的关键，电池的寿命、容量均是影响电动航空飞机执行飞行任务距离的关键因素，随着智能化的飞机管理系统的发展，对电动航空飞机的电池进行智能化管理是降低飞行事故的关键，也是提升电动航空飞机飞行效率的关键。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种从多参数角度对电动航空飞机的电池寿命进行综合评估的电动航空飞机电池管理控制系统及控制方法。
为了达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种电动航空飞机电池管理控制系统，其包括机上电池管理模块和地下电池管理模块；
机上电池管理模块包括工作电流传感器、工作电压传感器、工作温度传感器、能源回收监控模块和电池电量监控模块；工作电流传感器和工作电压传感器分别采集飞机上电池的输出电流和输出电压，工作温度传感器用于检测机上电池工作时的发热温度，能源回收监控模块用于检测飞机飞行过程中电池回收的电量，电池电量监控模块用于监测机上电池剩余的电量；
地下电池管理模块包括充电电流传感器、充电电压传感器、充电温度传感器、充电电量监控模块；充电电流传感器和充电电压传感器分别监测飞机的电池在充电时的电流和电压，充电温度传感器用于检测电池在充电时的发热温度，充电电量监控模块用于监测电池充电的电量；
机上电池管理模块和地下电池管理模块均与飞机电池管理控制器电连接，飞机电池管理控制器用于对电池的使用状态和充电状态进行分析，评估电池的状态。
提供一种上述电动航空飞机电池管理控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
S1：航空飞机在执行飞行的过程中，机上电池管理模块的工作电流传感器、工作电压传感器和工作温度传感器每隔一段设定时间s采集一次工作电流Ii、电压Ui和电池的发热温度ti；
S2：建立电池工作状态下的寿命评估模型：
Figure BDA0004045874460000021
其中，i为机上电池管理模块采集数据的次数，I、U和t分别为标准状态下电池工作的电流、电压和发热温度，T为环境温度，a和b分别为寿命评估系数，Xi为输入的工作电流Ii、电压Ui和电池的发热温度ti；δ为将f(Xi)值映射到(0,1)区间的映射系数；
S3：机上电池管理模块每采集一次数据均代入寿命模型中，计算出对应的寿命系数y，每进行一次数据采集均得到一个寿命系数y；
S4：能源回收监控模块和电池电量监控模块每隔一段设定时间s采集一次能源回收量Di和电池剩余电量di；
S5：根据能源回收量Di和电池剩余电量di计算回收量与耗电量的比值L：
Figure BDA0004045874460000031
其中，d为电池的满格电量；
S6：通过回收量与耗电量的比值L作为评估电池的电量回收系数j；
S7：能源回收监控模块和电池电量监控模块每采集一次数据均进行一次电量回收系数j计算；
S8：航空飞机执行飞行任务完成后进入库房进行充电，地下电池管理模块采集电池充电时的电流e、电压v、发热温度Tx和充电量F，计算电池在充电过程中的容量衰减系数C：
Figure BDA0004045874460000032
其中，a为异常电流对电池容量衰减的影响系数，b为发热温度对电池容量衰减的影响系数，β为发热温度对电池容量衰减的影响指数，nc为电池的充电次数；
S9：将容量衰减系数C映射到(0,1)的取值区间C′→μ·C∈(0，1)，得到电池的容量衰减对寿命影响的评估系数k，μ为容量衰减的映射系数；
S10：利用电量回收系数j、寿命系数y和评估系数k计算电池的质量系数z：z＝j+y+k，利用质量系数z与质量评估阈值z阈值进行比较：
若z＞z阈值，则判定该航空飞机的电池即将出现故障，飞机电池管理控制器生成报警信息向工作人员发送，提醒工作人员更换此航空飞机的电池；
若z≤z阈值，则判定该航空飞机的电池可以正常使用。
本发明的有益效果为：本方案从航空飞机飞行过程中的寿命评估以及充电过程中的寿命评估出发，综合两种最影响电池寿命的角度对航空飞机的电池寿命进行综合评估，计算电池的寿命系数y、电量回收系数j以及容量衰减对电池寿命影响的评估系数k，考虑三者参数对航空飞机的电池带来的综合影响，能最准确的获取电池的故障信息，既能实现并行地进行分析与优化，又具有较好的全局评估性能，提高了整个评估过程的可靠性。实现整个航空飞机的电池供电实现地下故障排除、地上飞行综合评估的目的，工作人员在地下能针对故障电池进行及时更换，避免携带故障电池的航空飞机执行飞行任务时出现炸机。
附图说明
图1为电动航空飞机电池管理控制系统的原理框图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，本方案的电动航空飞机电池管理控制系统包括机上电池管理模块和地下电池管理模块。
机上电池管理模块包括工作电流传感器、工作电压传感器、工作温度传感器、能源回收监控模块和电池电量监控模块；工作电流传感器和工作电压传感器分别采集飞机上电池的输出电流和输出电压，工作温度传感器用于检测机上电池工作时的发热温度，能源回收监控模块用于检测飞机飞行过程中电池回收的电量，电池电量监控模块用于监测机上电池剩余的电量。
地下电池管理模块包括充电电流传感器、充电电压传感器、充电温度传感器、充电电量监控模块；充电电流传感器和充电电压传感器分别监测飞机的电池在充电时的电流和电压，充电温度传感器用于检测电池在充电时的发热温度，充电电量监控模块用于监测电池充电的电量。
机上电池管理模块和地下电池管理模块均与飞机电池管理控制器电连接，飞机电池管理控制器用于对电池的使用状态和充电状态进行分析，评估电池的状态。
上述电动航空飞机电池管理控制系统的控制方法包括以下步骤：
S1：航空飞机在执行飞行的过程中，机上电池管理模块的工作电流传感器、工作电压传感器和工作温度传感器每隔一段设定时间s采集一次工作电流Ii、电压Ui和电池的发热温度ti；
S2：建立电池工作状态下的寿命评估模型：
Figure BDA0004045874460000051
其中，i为机上电池管理模块采集数据的次数，I、U和t分别为标准状态下电池工作的电流、电压和发热温度，T为环境温度，a和b分别为寿命评估系数，Xi为输入的工作电流Ii、电压Ui和电池的发热温度ti；δ为将f(Xi)值映射到(0,1)区间的映射系数；
S3：机上电池管理模块每采集一次数据均代入寿命模型中，计算出对应的寿命系数y，每进行一次数据采集均得到一个寿命系数y；
S4：能源回收监控模块和电池电量监控模块每隔一段设定时间s采集一次能源回收量Di和电池剩余电量di；
S5：根据能源回收量Di和电池剩余电量di计算回收量与耗电量的比值L：
Figure BDA0004045874460000061
其中，d为电池的满格电量；
S6：通过回收量与耗电量的比值L作为评估电池的电量回收系数j；
S7：能源回收监控模块和电池电量监控模块每采集一次数据均进行一次电量回收系数j计算；
S8：航空飞机执行飞行任务完成后进入库房进行充电，地下电池管理模块采集电池充电时的电流e、电压v、发热温度Tx和充电量F，计算电池在充电过程中的容量衰减系数C：
Figure BDA0004045874460000062
其中，a为异常电流对电池容量衰减的影响系数，b为发热温度对电池容量衰减的影响系数，β为发热温度对电池容量衰减的影响指数，nc为电池的充电次数；
S9：将容量衰减系数C映射到(0,1)的取值区间C′→μ·C∈(0，1)，得到电池的容量衰减对寿命影响的评估系数k，μ为容量衰减的映射系数；
S10：利用电量回收系数j、寿命系数y和评估系数k计算电池的质量系数z：z＝j+y+k，利用质量系数z与质量评估阈值z阈值进行比较：
若z＞z阈值，则判定该航空飞机的电池即将出现故障，飞机电池管理控制器生成报警信息向工作人员发送，提醒工作人员更换此航空飞机的电池；
若z≤z阈值，则判定该航空飞机的电池可以正常使用。
本方案从航空飞机飞行过程中的寿命评估以及充电过程中的寿命评估出发，综合两种最影响电池寿命的角度对航空飞机的电池寿命进行综合评估，计算电池的寿命系数y、电量回收系数j以及容量衰减对电池寿命影响的评估系数k，考虑三者参数对航空飞机的电池带来的综合影响，能最准确的获取电池的故障信息，既能实现并行地进行分析与优化，又具有较好的全局评估性能，提高了整个评估过程的可靠性。实现整个航空飞机的电池供电实现地下故障排除、地上飞行综合评估的目的，工作人员在地下能针对故障电池进行及时更换，避免携带故障电池的航空飞机执行飞行任务时出现炸机。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种电动航空飞机电池管理控制系统，其特征在于，包括机上电池管理模块和地下电池管理模块；
所述机上电池管理模块包括工作电流传感器、工作电压传感器、工作温度传感器、能源回收监控模块和电池电量监控模块；所述工作电流传感器和工作电压传感器分别采集飞机上电池的输出电流和输出电压，所述工作温度传感器用于检测机上电池工作时的发热温度，所述能源回收监控模块用于检测飞机飞行过程中电池回收的电量，所述电池电量监控模块用于监测机上电池剩余的电量；
所述地下电池管理模块包括充电电流传感器、充电电压传感器、充电温度传感器、充电电量监控模块；所述充电电流传感器和充电电压传感器分别监测飞机的电池在充电时的电流和电压，所述充电温度传感器用于检测电池在充电时的发热温度，所述充电电量监控模块用于监测电池充电的电量；
所述机上电池管理模块和地下电池管理模块均与飞机电池管理控制器电连接，所述飞机电池管理控制器用于对电池的使用状态和充电状态进行分析，评估电池的状态。
2.一种权利要求1所述的电动航空飞机电池管理控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：航空飞机在执行飞行的过程中，机上电池管理模块的工作电流传感器、工作电压传感器和工作温度传感器每隔一段设定时间s采集一次工作电流Ii、电压Ui和电池的发热温度ti；
S2：建立电池工作状态下的寿命评估模型：
Figure FDA0004045874450000021
其中，i为机上电池管理模块采集数据的次数，I、U和t分别为标准状态下电池工作的电流、电压和发热温度，T为环境温度，a和b分别为寿命评估系数，Xi为输入的工作电流Ii、电压Ui和电池的发热温度ti；δ为将f(Xi)值映射到(0,1)区间的映射系数；
S3：机上电池管理模块每采集一次数据均代入寿命模型中，计算出对应的寿命系数y，每进行一次数据采集均得到一个寿命系数y；
S4：能源回收监控模块和电池电量监控模块每隔一段设定时间s采集一次能源回收量Di和电池剩余电量di；
S5：根据能源回收量Di和电池剩余电量di计算回收量与耗电量的比值L：
Figure FDA0004045874450000022
其中，d为电池的满格电量；
S6：通过回收量与耗电量的比值L作为评估电池的电量回收系数j；
S7：能源回收监控模块和电池电量监控模块每采集一次数据均进行一次电量回收系数j计算；
S8：航空飞机执行飞行任务完成后进入库房进行充电，地下电池管理模块采集电池充电时的电流e、电压v、发热温度Tx和充电量F，计算电池在充电过程中的容量衰减系数C：
Figure FDA0004045874450000031
其中，a为异常电流对电池容量衰减的影响系数，b为发热温度对电池容量衰减的影响系数，β为发热温度对电池容量衰减的影响指数，nc为电池的充电次数；
S9：将容量衰减系数C映射到(0,1)的取值区间C′→μ·C∈(0，1)，得到电池的容量衰减对寿命影响的评估系数k，μ为容量衰减的映射系数；
S10：利用电量回收系数j、寿命系数y和评估系数k计算电池的质量系数z：z＝j+y+k，利用质量系数z与质量评估阈值z阈值进行比较：
若z＞z阈值，则判定该航空飞机的电池即将出现故障，飞机电池管理控制器生成报警信息向工作人员发送，提醒工作人员更换此航空飞机的电池；
若z≤z阈值，则判定该航空飞机的电池可以正常使用。
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